Sebenta · Implementar técnicas de controlo de processo (UC05050)

Introdução

Esta sebenta acompanha a unidade curricular Implementar técnicas de controlo de processo, do curso de Técnico de Fundição e de Técnico de Laboratório - Fundição. Depois de aprenderes a fundir, moldar, vazar, ensaiar e acabar peças, falta uma competência transversal que atravessa todas as anteriores: garantir que o processo, do início ao fim, se mantém dentro da especificação, dia após dia, lote após lote.

O percurso desta UC segue as quatro realizações oficiais do referencial: selecionar as variáveis críticas e a metodologia de análise e controlo, selecionar ensaios e análises ao controlo das variáveis do processo, monitorizar as variáveis críticas do processo de fundição e analisar os resultados de ensaios e análises e propor medidas corretivas no processo. Todo o capítulo seguinte se organiza à volta destas quatro etapas, do processo global até ao relatório final.

Ao longo dos próximos capítulos vamos conhecer o processo e o subprocesso de fabrico, aprender a selecionar variáveis críticas e a metodologia de controlo, construir mapas e fichas de controlo, definir indicadores, escolher ensaios e análises, perceber a automatização de processos, monitorizar e registar dados, analisar variáveis intrínsecas por diferentes abordagens, planear ações corretivas, elaborar relatórios de acompanhamento e, por fim, cumprir as normas de segurança, ambiente, resíduos e qualidade que atravessam todo o controlo de processo.

1. O processo e o subprocesso de fabrico

Um processo de fabrico é a sequência organizada de operações que transforma matérias-primas em produto acabado. Em fundição, esse processo divide-se em subprocessos encadeados: preparação de areias, moldação, fabrico de machos, fusão da liga, vazamento, desmoldação, acabamento e ensaios.

O fluxo de fabrico

Representar o fluxo de fabrico é o primeiro passo de qualquer controlo: sem saber por onde o material passa, não é possível saber onde medir.

Areias → Moldação/Machos → Fusão → Vazamento → Desmoldação → Acabamento → Ensaios → Expedição

• Cada seta é uma transferência: material, informação ou ambas.
• Cada caixa é um subprocesso, com entradas, saídas, recursos e responsáveis próprios.
• O fluxo identifica onde cada variável crítica nasce e onde o seu efeito aparece, muitas vezes num subprocesso mais à frente.

Variáveis críticas e constrangimentos

Uma variável crítica é um parâmetro cuja variação afeta diretamente a qualidade, a segurança ou o custo do produto final. Um constrangimento é uma limitação do processo, seja de equipamento, de material, de tempo ou de competência, que impede ou dificulta atingir o resultado pretendido.

Identificar corretamente o subprocesso onde a variável nasce, e não apenas o subprocesso onde o defeito aparece, é essencial para que a correção atue na causa e não apenas no sintoma.

2. Selecionar as variáveis críticas e a metodologia de análise e controlo

Selecionar as variáveis críticas e a metodologia de análise e controlo é a primeira realização da UC. Nem todas as variáveis de um processo merecem o mesmo esforço de controlo: escolher as certas é uma competência tão importante como medi-las bem.

Critérios de seleção de uma variável crítica

• Impacto na qualidade final: quanto a sua variação afeta a peça ou o serviço.
• Frequência do desvio: com que regularidade a variável sai da especificação.
• Custo do erro: retrabalho, sucata, paragem de linha, reclamação de cliente.
• Capacidade de medição: se existe instrumento e método fiável para a medir.

Metodologias de análise e controlo

Depois de identificadas as variáveis, escolhe-se a metodologia mais adequada a cada uma:

• Controlo estatístico do processo (CEP): cartas de controlo para variáveis contínuas medidas ao longo do tempo (temperatura, dimensão, teor de um elemento).
• Amostragem por atributos: contagem de peças conformes/não conformes, útil para defeitos visuais.
• Inspeção a 100%: quando o custo de um defeito é demasiado elevado para arriscar amostragem (peças de segurança).
• Análise laboratorial pontual: para variáveis que só um ensaio de laboratório consegue determinar (composição química, propriedades mecânicas).

Exemplo resolvido · escolher a metodologia certa

Uma fundição regista variação na dureza de peças de ferro fundido. A causa suspeita é a composição química da liga.

1. Identificar a variável crítica: teor de carbono e silício na liga.
2. Avaliar o impacto: alto, a dureza é um requisito de aceitação do cliente.
3. Escolher a metodologia: análise laboratorial (espectrómetro) a cada fusão, complementada com carta de controlo para acompanhar a tendência ao longo do tempo.
4. Definir a frequência: uma análise por corrida de fusão, antes do vazamento.

A escolha certa combina, muitas vezes, mais do que uma metodologia.

3. Instrumentação de apoio, mapas e fichas de controlo

Controlo de processos apoia-se em instrumentação e em documentos normalizados que tornam o controlo repetível e comparável entre turnos e operadores.

Instrumentação de apoio

• Termopares e pirómetros: temperatura do metal e do forno.
• Balanças e básculas: pesagem da carga metálica e dos aditivos.
• Paquímetros, micrómetros e calibres: controlo dimensional.
• Durómetros: dureza da peça.
• Espectrómetros: composição química da liga.
• Sensores de processo: pressão, caudal, humidade da areia.

Mapas e fichas de controlo

Um mapa de controlo organiza, de forma visual, onde e quando se mede cada variável ao longo do fluxo de fabrico: que ponto, que instrumento, que frequência, que limites.

Uma ficha de controlo regista, para cada medição concreta, o valor obtido, a data, o turno, o operador e a decisão (conforme ou não conforme).

Exemplo resolvido · construir uma ficha de controlo

Uma UC de fundição em areia auto-secativa precisa de controlar a humidade da areia.

1. Variável: humidade da areia (%).
2. Ponto de medição: saída do misturador, antes da moldação.
3. Instrumento: higrómetro de areia.
4. Especificação: 3,5% a 4,5%.
5. Frequência: uma medição por lote de mistura.
6. Ficha regista: valor, hora, lote, operador, decisão.

Com estes seis campos preenchidos, qualquer pessoa consegue repetir o controlo de forma idêntica.

4. Definir indicadores de controlo do processo

Um indicador é uma medida que sintetiza o desempenho de uma variável ou de um processo ao longo do tempo, permitindo comparar, acompanhar tendências e decidir.

Tipos de indicadores usados em fundição

• Indicadores de conformidade: percentagem de peças conformes por lote.
• Indicadores de eficiência: rendimento metálico, taxa de sucata, tempo de ciclo.
• Indicadores de estabilidade: desvio-padrão de uma variável crítica ao longo do tempo.
• Indicadores de segurança: número de incidentes por período.

Boas práticas na definição de indicadores

• Ter um dono (quem acompanha e age sobre o indicador).
• Ter uma meta clara e um limite de alerta.
• Ser atualizado com a frequência certa: nem tão raro que perca utilidade, nem tão frequente que gere ruído.
• Ser visível a quem decide: quadro de indicadores no posto de trabalho ou painel digital.

Exemplo resolvido · construir um indicador de conformidade

Num turno, foram vazadas 80 peças; 72 passaram no controlo dimensional e nos ensaios.

Indicador de conformidade = 72 ÷ 80 × 100 = 90%.

Se a meta definida for 95% e o limite de alerta 90%, este turno está mesmo no limite de alerta: é motivo para investigar a causa antes que o indicador desça abaixo da meta de forma continuada.

5. Selecionar ensaios e análises ao controlo das variáveis do processo

Selecionar ensaios e análises ao controlo das variáveis do processo é a segunda realização da UC. Escolher bem o ensaio certo para cada variável evita medir a coisa errada com precisão perfeita.

Critérios de escolha de um ensaio

• O que a variável exige: dimensão pede metrologia dimensional, composição pede análise química, dureza pede ensaio mecânico.
• Rapidez: um ensaio destrutivo demorado pode não servir para controlo em linha.
• Custo e disponibilidade: nem todo o laboratório tem espectrómetro à mão.
• Momento no processo: alguns ensaios só fazem sentido depois de a peça arrefecer ou ser acabada.

Ensaios e análises comuns ao processo de fundição

Exemplo resolvido · escolher o ensaio certo

Um cliente exige garantia de ausência de porosidade interna numa peça crítica de segurança.

1. A variável (porosidade interna) não é visível à vista nem por controlo dimensional.
2. Escolhe-se um ensaio não destrutivo, porque a peça tem de ser entregue: radiografia ou ultrassons.
3. Define-se a frequência: 100% das peças críticas, dado o custo elevado de um defeito não detetado.

A escolha do ensaio depende sempre do que se quer garantir e do que a peça pode "perder" no processo de medição.

6. Automatização de processos

A automatização de processos substitui, total ou parcialmente, a intervenção humana na recolha de dados, na regulação de parâmetros ou na tomada de decisão de controlo.

Níveis de automatização no controlo de processo

• Manual: o operador lê o instrumento e regista à mão.
• Semiautomático: o instrumento regista automaticamente, mas a decisão é humana.
• Automático com alarme: o sistema compara com limites e avisa quando há desvio.
• Automático com correção: o sistema ajusta o próprio parâmetro (por exemplo, o forno corrige a potência para manter a temperatura-alvo).

Vantagens e limites

• Vantagens: menos erro humano, maior frequência de registo, rastreabilidade automática, reação mais rápida ao desvio.
• Limites: custo de instalação, necessidade de manutenção e calibração, e o risco de os operadores deixarem de compreender o processo que o sistema controla sozinho.

A automatização não substitui a competência de interpretar os dados: substitui apenas a tarefa de os recolher.

7. Monitorizar as variáveis críticas do processo de fundição

Monitorizar as variáveis críticas do processo de fundição é a terceira realização da UC: recolher e registar dados de forma sistemática, ao longo do tempo, para saber se o processo se mantém sob controlo.

O ciclo de monitorização

1. Medir a variável no ponto e na frequência definidos no mapa de controlo.
2. Registar o valor na ficha de controlo, com data, turno e operador.
3. Comparar com a especificação e com o histórico recente.
4. Sinalizar qualquer valor fora da especificação ou de uma tendência anómala.

Recolher e registar: papel vs sistema digital

Uma fundição pode recolher dados em papel (ficha de controlo impressa) ou em sistema digital (folha de cálculo partilhada, software de gestão da produção, sistema SCADA). O princípio é o mesmo: o dado tem de ser fidedigno, rastreável ao lote e ao operador, e acessível a quem decide.

Exemplo resolvido · seguir uma variável ao longo de um turno

A temperatura de vazamento é registada de hora a hora, com especificação 1400 a 1450 ºC:

Às 11h o valor (1455 ºC) está fora da especificação. A monitorização sistemática permitiu detetar o desvio no próprio turno, e não apenas quando uma peça já vazada apresentasse defeito.

8. Analisar e controlar as variáveis intrínsecas: diferentes abordagens

As variáveis intrínsecas de um processo são as que resultam das propriedades dos próprios materiais e das reações que ocorrem durante o fabrico, e não apenas de parâmetros regulados diretamente numa máquina.

Abordagens de análise

• Abordagem estatística: cartas de controlo, cálculo de médias e amplitudes, deteção de tendências.
• Abordagem causal: diagrama de causa-efeito (Ishikawa) para relacionar a variável com as suas possíveis causas.
• Abordagem comparativa: comparar lotes ou turnos entre si para isolar a fonte da variação.
• Abordagem experimental: alterar deliberadamente um parâmetro, em condições controladas, para observar o efeito na variável.

A carta de controlo, passo a passo

1. Recolher 20 a 25 amostras da variável em condições normais de funcionamento.
2. Calcular a média e os limites de controlo (tipicamente a três desvios-padrão da média).
3. Traçar a carta: eixo horizontal o tempo, eixo vertical o valor da variável, com a média e os limites marcados.
4. Marcar cada novo valor à medida que é medido.
5. Interpretar: pontos fora dos limites, ou sequências de pontos do mesmo lado da média, indicam causa especial a investigar.

Exemplo resolvido · interpretar uma carta de controlo

Uma carta de controlo da dureza de peças mostra sete valores consecutivos acima da média, todos dentro dos limites de controlo.

Mesmo sem nenhum ponto fora dos limites, sete pontos seguidos do mesmo lado da média é um sinal de causa especial: algo mudou de forma consistente no processo (por exemplo, um novo lote de ferro-liga ou uma deriva do forno). Deve investigar-se, e não esperar que um ponto saia dos limites para agir.

9. Planeamento, acompanhamento, correção e ações corretivas

Planear, acompanhar e corrigir os indicadores-chave do processo fecha o ciclo entre detetar um desvio e resolvê-lo de forma duradoura.

O plano de ação corretiva

Uma ação corretiva elimina a causa raiz de uma não conformidade já detetada, para que não se repita. Um bom plano de ação inclui:

Método dos 5 porquês

Perguntar "porquê" sucessivamente até chegar à causa raiz, e não apenas ao sintoma imediato:

1. A peça saiu com dureza baixa. Porquê? A composição de carbono ficou abaixo do alvo.
2. Porquê? O cálculo da carga usou um teor de tabela, não o do certificado.
3. Porquê? O certificado do lote não estava disponível no posto de trabalho.
4. Porquê? Não há procedimento a exigir a consulta do certificado antes do cálculo.
5. Porquê? Essa etapa nunca foi formalizada no plano de controlo.

A causa raiz não é "o operador enganou-se", é a ausência de um procedimento formal. A ação corretiva atua aqui, não na repreensão do operador.

Identificar constrangimentos e aplicar correções aos desvios

Nem todo o desvio tem a mesma origem: pode vir de um constrangimento do processo (capacidade insuficiente, equipamento desatualizado) ou de uma falha pontual (erro de regulação, matéria-prima fora de especificação). Identificar corretamente qual dos dois está em causa evita corrigir o sintoma errado.

10. Analisar resultados e elaborar relatórios de acompanhamento

Analisar os resultados de ensaios e análises e propor medidas corretivas no processo é a quarta e última realização da UC. Todo o esforço de medir e registar só tem valor se terminar em decisão e em melhoria.

Estrutura de um relatório de acompanhamento do processo

• Período e âmbito: que turno, linha ou lote o relatório cobre.
• Indicadores principais: valores obtidos face às metas.
• Não conformidades registadas: quantidade, tipo e gravidade.
• Ações corretivas em curso: estado de implementação.
• Recomendações: o que muda no próximo período.

Exemplo resolvido · redigir uma conclusão de relatório

Dados do período: conformidade de 88% (meta 95%), com 60% das não conformidades ligadas à temperatura de vazamento fora de especificação.

Conclusão do relatório: a conformidade do período ficou 7 pontos percentuais abaixo da meta, concentrada na variável temperatura de vazamento. Recomenda-se rever a calibração do pirómetro e reforçar a frequência de registo para uma medição a cada 30 minutos, com verificação de eficácia no próximo período.

Uma conclusão útil aponta a causa dominante e propõe uma ação concreta, não apenas um número.

11. Segurança, ambiente, resíduos e qualidade no controlo de processo

O controlo de processo cumpre-se sempre dentro de um enquadramento de normas que não são opcionais.

• Normas de segurança e saúde no trabalho: procedimentos de trabalho seguro junto de metal líquido, fornos e instrumentos de medição.
• Equipamentos de proteção individual (EPI): usados sempre que se recolhem amostras ou se opera instrumentação junto do processo.
• Normas de gestão de resíduos: escórias, amostras usadas e sucatas de ensaio têm destino próprio.
• Normas de proteção ambiental: emissões e efluentes associados aos pontos de medição e amostragem.
• Normas da qualidade: o próprio sistema de controlo de processo é, em si, um requisito de normas como a ISO 9001.

Erros comuns

• Escolher uma variável para controlar só porque é fácil de medir, e não porque é crítica para a qualidade.
• Construir uma ficha de controlo sem especificação clara, tornando impossível decidir "conforme" ou "não conforme".
• Registar dados sem data, lote ou operador, perdendo a rastreabilidade.
• Confundir limite de controlo (estatístico, do processo) com limite de especificação (do cliente); são coisas diferentes.
• Agir sobre um único ponto fora da média sem verificar se é ruído normal ou causa especial.
• Fechar uma ação corretiva sem verificar a eficácia, repetindo o mesmo desvio mais tarde.
• Escrever um relatório só com números, sem causa nem recomendação.

Glossário

• Variável crítica: parâmetro cuja variação afeta diretamente a qualidade, a segurança ou o custo do produto.
• Mapa de controlo: documento que define onde, quando e como se mede cada variável no fluxo de fabrico.
• Ficha de controlo: registo individual de uma medição concreta, com valor, data, operador e decisão.
• Indicador: medida que sintetiza o desempenho de uma variável ou processo ao longo do tempo.
• Carta de controlo: gráfico que segue uma variável ao longo do tempo, com média e limites de controlo.
• Causa raiz: origem real de uma não conformidade, encontrada por métodos como os 5 porquês.
• Ação corretiva: mudança no processo que elimina a causa raiz de uma não conformidade.
• Limite de controlo: fronteira estatística do próprio processo, calculada a partir dos dados.
• Limite de especificação: fronteira definida pelo cliente ou pela norma do produto.
• Constrangimento: limitação do processo que impede ou dificulta atingir o resultado pretendido.
• CEP: controlo estatístico do processo.

Síntese

Implementar o controlo de processo segue sempre a mesma lógica: mapear o fluxo de fabrico → selecionar as variáveis críticas e a metodologia de controlo → construir mapas e fichas de controlo e definir indicadores → selecionar os ensaios e análises certos → monitorizar e registar sistematicamente → analisar variáveis intrínsecas por diferentes abordagens → planear e aplicar ações corretivas sobre a causa raiz → elaborar relatórios com recomendações, tudo sob as normas de segurança, ambiente, resíduos e qualidade. Domina este ciclo e serás capaz de manter qualquer processo de fundição sob controlo, dia após dia.

Exercícios resolvidos

1. Uma peça sai fora de especificação dimensional. O defeito aparece no acabamento, mas onde deve começar a investigação?

Resolução: a investigação deve começar no fluxo de fabrico completo, não apenas no subprocesso onde o defeito foi detetado. O acabamento é onde o desvio se tornou visível, mas a causa pode nascer num subprocesso anterior, como a moldação ou o vazamento. Mapear o fluxo é o primeiro passo para não corrigir o subprocesso errado.

2. Uma fundição quer controlar a composição química da liga a cada corrida de fusão. Que metodologia de análise e controlo é mais adequada, e porquê?

Resolução: a análise laboratorial pontual (espectrometria), porque a composição química só um ensaio de laboratório consegue determinar com rigor; pode complementar-se com uma carta de controlo para acompanhar a tendência ao longo do tempo e detetar derivas antes de se tornarem não conformidade.

3. Um indicador de conformidade caiu de 96% para 91% em duas semanas, sem nenhum valor fora dos limites de controlo. Há motivo para agir?

Resolução: sim. Mesmo sem pontos fora dos limites, uma tendência sustentada de queda é um sinal de causa especial a investigar, tal como uma sequência de pontos do mesmo lado da média. Esperar por um ponto fora dos limites de controlo seria agir tarde demais.

4. Que diferença existe entre limite de controlo e limite de especificação, e porque é grave confundi-los?

Resolução: o limite de controlo é calculado a partir da variação estatística do próprio processo; o limite de especificação é definido pelo cliente ou pela norma do produto. Confundi-los é grave porque um processo pode estar sob controlo estatístico (estável) e, mesmo assim, fora de especificação (não serve o cliente), ou vice-versa: são perguntas diferentes que exigem respostas diferentes.

5. Uma ação corretiva foi implementada há um mês para resolver uma não conformidade recorrente. Que passo final não pode faltar?

Resolução: a verificação de eficácia: confirmar, com dados novos, que a não conformidade deixou de ocorrer depois da ação implementada. Sem essa verificação, a ação corretiva fica por concluir e o desvio pode repetir-se sem ninguém dar por isso.